JP2000200848A - 電子部品実装用回路基板及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子等の電子部品を実装基板に実装し
た際の熱応力を効果的に緩和し、信頼性の高い実装構造
を提供する。 【解決手段】 面実装型の電子部品の接続端子が形成さ
れた面と実装基板の接続用の電極が形成された面との間
に介在して、電子部品の接続端子と実装基板の電極とを
電気的に接続する電子部品実装用回路基板において、電
気的絶縁性を有する基板１０の一方の面に前記接続端子
の平面配列に対応して接続端子が接合されるパッド１２
ａが設けられると共に、基板１０の他方の面に前記電極
の平面配列に対応して接続電極が接合されるパッド１２
ｂが配置され、前記一方の面に設けられた各パッド１２
ａと他方の面に設けられた各パッド１２ｂとの間に、基
板の両面間を貫通する貫通孔１４が形成され、該貫通孔
１４内で基板１０の一方に設けられたパッド１２ａと他
方の面に設けられたパッド１２ｂとの間に接続ワイヤ１
６が接続されて基板１０の両面に設けられたパッド１２
ａ、１２ｂが電気的に接続されていることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子あるいは
チップサイズパッケージ等の面実装型の電子部品を搭載
する電子部品用実装基板及びこれを用いた半導体装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】フリップチップ型の半導体装置あるいは
チップサイズパッケージ等の面実装型の電子部品を実装
基板に実装した場合の問題として、実装基板と半導体素
子との熱膨張係数が相違することによる熱応力の問題が
ある。すなわち、半導体素子を実装基板に実装した際
に、半導体素子と実装基板との間で生じた熱応力により
半導体素子にクラックが生じたり、実装基板と半導体素
子との接合部が剥離したりするといった問題がある。

【０００３】このような半導体素子等の電子部品を実装
した際に生じる熱応力の問題を解消する方法としては半
導体素子を搭載するパッケージ側に熱応力を緩和する緩
衝部分を設けて半導体素子に過大な熱応力が作用しない
ようにする方法、半導体素子を実装した後、半導体素子
と実装基板との接合部分にアンダーフィル材を充填して
半導体素子を固定することによって接合部で剥離等が生
じないようにするといった方法がある。また、半導体素
子を搭載するパッケージ側に熱応力を緩和する緩衝部分
を設ける方法としては、エラストマー等の緩衝材によっ
て形成した緩衝層を介して半導体素子を基板に搭載する
方法、半導体素子の電極に接続される接続端子をワイヤ
によって形成し、接続端子に弾性を付与して接続端子が
変形できるようにするといった方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
素子やチップサイズパッケージ等の面実装型の半導体装
置に実装時における熱応力を緩和するための緩衝構造を
設けることは、製造工程が複雑になるという問題があ
る。また、フリップチップタイプの半導体素子を実装す
る場合は、構造上、有効な緩衝構造を設けることができ
ないという問題がある。

【０００５】本発明はこれらの課題を解決すべくなされ
たものであり、フリップチップタイプの半導体素子やチ
ップサイズパッケージ等の面実装型の電子部品を実装し
た際に生じる熱応力を効果的に緩和して信頼性の高い実
装構造を可能にする電子部品実装用回路基板及びこれを
用いた半導体装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、面実装型の
電子部品の接続端子が形成された面と実装基板の接続用
の電極が形成された面との間に介在して、電子部品の接
続端子と実装基板の電極とを電気的に接続する電子部品
実装用回路基板において、電気的絶縁性を有する基板の
一方の面に前記接続端子の平面配列に対応して接続端子
が接合されるパッドが設けられると共に、基板の他方の
面に前記電極の平面配列に対応して電極が接合されるパ
ッドが設けられ、前記一方の面に設けられた各パッドと
他方の面に設けられた各パッドとの間に、基板の両面間
を貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔内で基板の一方
の面に設けられたパッドと他方の面に設けられたパッド
との間に接続ワイヤが接続されて基板の両面に設けられ
たパッドが電気的に接続されていることを特徴とする。
また、前記接続ワイヤが、Ｓ字形等の変形可能な形状に
形成されていることは、パッドと接続端子との接合部で
効果的な緩衝作用を得る上で有効である。また、前記貫
通孔内に絶縁材料あるいは導電材料からなる緩衝材が充
填されていることを特徴とする。また、前記緩衝材が、
ヤング率１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ、好ましくは１０ＭＰ
ａ〜１ＧＰａの低弾性材料からなることにより、接続端
子等との接合部が好適な緩衝作用を奏することができ
る。

【０００７】また、面実装型の電子部品の接続端子が形
成された面と実装基板の接続用の電極が形成された面と
の間に介在して、電子部品の接続端子と実装基板の電極
とを電気的に接続する電子部品実装用回路基板におい
て、電気的絶縁性を有する基板の一方の面に前記接続端
子の平面配列に対応して接続端子が接合されるパッドが
設けられると共に、基板の他方の面に前記電極の平面配
列に対応して電極が接合されるパッドが設けられ、前記
一方の面に設けられた各パッドと他方の面に設けられた
各パッドとの間に、基板の両面間を貫通する貫通孔が形
成され、該貫通孔内に導電体が充填されて基板の両面に
設けられたパッドが電気的に接続されていることを特徴
とする。また、前記導電体が、緩衝性を有する導電材料
からなることを特徴とする。また、前記基板が、ヤング
率１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ、好ましくは１０ＭＰａ〜１
ＧＰａの低弾性材料からなることにより、緩衝性にすぐ
れた電子部品実装用回路基板として得られる。

【０００８】また、半導体装置として、前記電子部品実
装用回路基板が、被実装品である電子部品の接続端子が
形成された面と実装基板の電極が形成された面との間に
介在し、前記接続端子が基板の一方の面に設けられたパ
ッドと接合され、前記電極が基板の他方の面に設けられ
たパッドと接合されていることを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係
る電子部品実装用回路基板の実施形態を示す断面図であ
る。本実施形態の電子部品実装用回路基板は、低弾性材
料によって形成した電気的絶縁性を有する基板１０の両
面に、半導体素子等の被実装品の接続端子と実装基板に
設けられた電極の平面配置に対応した配置でパッド１２
ａ、１２ｂを設け、パッド１２ａ、１２ｂに位置合わせ
して基板１０を厚さ方向に貫通して設けられた貫通孔１
４内で、基板１０の両面に設けたパッ１２ａ、１２ｂの
内面間を接続ワイヤ１６によって接続し、緩衝材１８に
よって貫通孔１４を充填して成るものである。

【００１０】電子部品実装用回路基板は半導体素子等の
被実装品と実装基板との間に介在して被実装品と実装基
板との間を電気的に接続するものである。したがって、
基板１０の両面に形成するパッド１２ａ、１２ｂは各々
被実装品の接続端子の平面配置と実装基板に設けられた
電極の平面配置と一致する配置となっている必要があ
る。図１に示した実施形態の電子部品実装用回路基板は
半導体素子等の被実装品の接続端子の平面配置と実装基
板に設けられた電極の平面配置がまったく同一の場合の
例であるが、基板１０の両面に配置するパッド１２ａ、
１２ｂの平面配置が相互に若干変位していることは可能
である。

【００１１】基板１０を低弾性材料によって形成するの
は、電子部品を実装した際に生じる熱応力が好適に緩和
されるようにするためである。このため、基板１０には
実装時の熱応力を緩和するに十分な緩衝性を有する材
料、たとえばシリコーン樹脂、シリコーンゴム等の緩衝
性の優れた材料が好適に使用できる。緩衝性を備えた基
板１０としては、ヤング率１０ＭＰａ〜１０ＧＰａ程度
の材料が好適に使用でき、より好ましくはヤング率１０
ＭＰａ〜１ＧＰａ程度の材料が使用できる。

【００１２】なお、基板１０を低弾性材料によって形成
することにより、実装時の熱応力を効果的に緩和するこ
とができるが、本実施形態の電子部品用回路基板では、
基板１０を厚さ方向に貫通する貫通孔１４を設け、貫通
孔１４内で接続ワイヤ１６によってパッド１２ａ、１２
ｂを接続するようにしているから、被実装部品の接続端
子と実装基板の電極が接合されるパッド１２ａ、１２ｂ
部分でも緩衝作用が奏される。したがって、基板１０を
低弾性材料によって形成しない場合であっても一定の緩
衝効果を得ることが可能である。

【００１３】基板１０の両面に設けたパッド１２ａ、１
２ｂは貫通孔１４内でパッド１２ａとパッド１２ｂの内
面間を接続ワイヤ１６によって接続することにより電気
的に接続される。接続ワイヤ１６は半導体装置の製造工
程で一般に使われているワイヤボンディング法を利用し
て設けることができる。図示したように、接続ワイヤ１
６をＳ字形あるいは螺旋形等の柔軟に曲げられる形状に
設ければ、実装時の熱応力によって基板１０等が変形し
た場合でも容易に追随できて効果的である。もちろん、
直線形、円弧形等に接続ワイヤ１６を設けても所要の作
用を得ることが可能である。

【００１４】本実施形態では貫通孔１４の内部に緩衝材
１８を充填して、貫通孔１４の部分でも熱応力を緩和で
きるようにした。緩衝材１８は基材１０と同一の材料で
あっても異なる材料であってもよい。緩衝材１８と基材
１０が同一の材料であって、緩衝材１８としてペースト
状のものが使用できるような場合には、ペースト状の緩
衝材１８を貫通孔１４に充填するとよい。ペースト状あ
るいはゼリー状等の緩衝材１８による緩衝効果は大きい
からである。また、緩衝材１８は電気的絶縁性を有する
ものに限られない。導電性を有する緩衝材１８であって
も低弾性材料を使用して所要の緩衝作用を得ることがで
きる。緩衝材１８としては、ヤング率１０ＭＰａ〜１０
ＧＰａ程度の材料が好適に使用され、より好ましくはヤ
ング率１０ＭＰａ〜１ＧＰａ程度の材料が使用される。

【００１５】このように、半導体素子等の電子部品と実
装基板との間で電気的に接続する部位およびこれらを支
持する基板１０を熱応力を効果的に緩和する構成とした
ことにより、半導体素子等の電子部品を実装した際の熱
応力を効果的に緩和することが可能となる。図２は上記
実施形態の電子部品実装用回路基板を使用して半導体素
子２０を実装基板３０に実装した状態を示す。半導体素
子２０の接続端子形成面に形成された接続端子２２と基
板１０の一方の面に形成したパッド１２ａとがはんだ２
４により接合され、実装基板３０の表面に形成された各
々の電極３２と基板１０の他方の面に形成したパッド１
２ｂとがはんだ３４により接合されている。

【００１６】電子部品実装用回路基板は半導体素子２０
と実装基板３０との中間に介在して半導体素子２０の接
続端子２２と実装基板３０の電極３２とを電気的に接続
している。電子部品実装用回路基板は基板１０および接
続ワイヤ１６、緩衝材１８の作用により十分な緩衝性を
有するから、実装基板３０と半導体素子２０の熱膨張係
数が相違してこれらの間に熱応力が生じる場合であって
も、電子部品実装用回路基板の緩衝作用によって熱応力
が半導体素子２０に作用したり、実装基板と半導体素子
２０の接合部に作用したりすることを効果的に防止する
ことが可能になる。これによって、きわめて信頼性の高
い実装構造として提供することが可能になる。

【００１７】図３は上述した実施形態の電子部品実装用
回路基板の製造方法を示す。図３(a) はシリコーン樹脂
等の弾性材料をシート状に形成した基材４０に銅箔４２
を被着した材料である。基材４０は電子部品実装用回路
基板の基板１０となるものであり、所定の弾性を有する
材料によって形成したものを使用する。銅箔４２は電気
的接続用のパッドとなるものである。

【００１８】図３(b) は基材４０にレーザ光を照射して
貫通孔１４を形成した状態である。貫通孔１４は半導体
素子等の実装基板に搭載する電子部品の接続端子の平面
配置に一致させて形成する。上述したように、貫通孔１
４は基板１０の両面に設けるパッド１２ａ、１２ｂを接
続ワイヤ１６によって接続するために設けるもので、接
続ワイヤ１６を形成できる径寸法に形成する。レーザ光
照射によって貫通孔１４を設ける場合は銅箔４２でレー
ザ光が遮断され、銅箔４２を露出させた貫通孔１４を容
易に形成することができる。

【００１９】図３(c) は各々の貫通孔１４内で銅箔４２
の内面に接続ワイヤ１６の基端をボンディングし、Ｓ字
形に湾曲させるようにして引き出し、先端が貫通孔１４
の開口面よりも外側に突出した位置で切断した状態であ
る。次に、図３(d) に示すように、貫通孔１４に緩衝材
１８を充填する。緩衝材１８を充填する場合は、基材４
０の表面と緩衝材１８の表面が同一平面になるように貫
通孔１４の上端面まで充填する。

【００２０】次に、基材４０の上面に無電解銅めっきお
よび電解銅めっきを施し、基材４０の表面を銅層４４に
よって被覆する。図３(e) が基材４０の露出面と緩衝材
１８の露出面が銅層４４によって被覆された状態を示
す。貫通孔１４の開口面よりも接続ワイヤ１６の先端が
突出していることにより、接続ワイヤ１６と銅層４４と
が電気的に接続される。

【００２１】図３(f) は、最後に基材４０の下面の銅箔
４２と基材４０の上面の銅層４４をエッチングしてパッ
ド１２ａ、１２ｂを形成した状態である。パッド１２
ａ、１２ｂは実装する電子部品の接続端子の寸法及び実
装基板の電極の寸法に合わせて所定形状に形成すればよ
い。こうして、図１に示した電子部品実装用回路基板が
得られる。この電子部品実装用回路基板のパッド１２
ａ、１２ｂの平面配列は、電子部品の接続端子及び実装
基板の電極の平面配列に合わせてエリアアレイ状にパッ
ド１２ａ、１２ｂが配列されたものである。

【００２２】図４は電子部品実装用回路基板の他の実施
形態を示す。本実施形態の電子部品実装用回路基板は、
貫通孔１４内に導電体５０を充填して基板１０の両面に
設けたパッド１２ａ、１２ｂを電気的に接続するように
構成したものである。導電体５０としては導電性樹脂、
銀ペースト等のペースト体等が使用できる。上記実施形
態と同様に導電体５０も緩衝性を有する材料であること
が熱応力を緩和する目的に有効である。なお、基板１０
およびパッド１２ａ、１２ｂの構成は上記実施形態と同
様である。本実施形態の電子部品実装用回路基板を製造
する場合は、上記実施形態の製造方法で、貫通孔１４を
形成した後、導電体５０を充填することによればよい。
他の製造工程は上記実施形態と同様である。

【００２３】図５は電子部品実装用回路基板のさらに他
の実施形態を示す。本実施形態の電子部品実装用回路基
板は、基板１０の両面のパッド１２ａ、１２ｂを貫通孔
内に導電体として金属柱５２を設けて電気的に接続した
ものである。金属柱５２を有する電子部品実装用回路基
板を製造する場合は、たとえば、前述した電子部品実装
用回路基板の製造方法で、基材４０に貫通孔１４を形成
した後、銅箔４２をめっき給電層とする電解銅めっきに
より、貫通孔１４内に銅を盛り上げて金属柱５２を形成
することによる。パッド１２ａ、１２ｂを形成する方法
は上記実施形態と同様である。

【００２４】図６は電子部品実装用回路基板を多層に形
成する製造方法の例を示す。図６(a) は前述した製造方
法と同じ方法によって基材４０の両面にパッド１２ａ、
１２ｂを設けた第１層目の回路基板を形成した状態であ
る。電子部品実装用回路基板を多層に形成する場合は第
１層目の基材４０の表面に基材４０と同様な電気的絶縁
性を有する弾性材料からなる基材４０ａを積層し、前述
した実施形態と同様に基材４０ａにレーザ光を照射し、
第１層目の回路基板に設けたパッド１２ａとの接続位置
に合わせて貫通孔１４を形成する（図６(b))。基材４０
ａはシート状のものを接着する方法あるいは均等な厚さ
に弾性材料を塗布する方法等によって形成することがで
きる。

【００２５】次に、各々の貫通孔１４に接続ワイヤ１６
をボンディングし、前述した実施形態と同様にＳ字形に
湾曲させて接続ワイヤ１６を引き出し、先端が貫通孔１
４の開口面よりも外側に突出した位置で切断する（図６
(c))。次に、貫通孔１４に緩衝材１８を充填し、基材４
０の表面に無電解銅めっき及び電解銅めっきを施して銅
層４４を形成する（図６(d))。最後に、銅層４４をエッ
チングすることによって、第２層目の基材４０ａの表面
にパッド１２ｃを形成する（図６(e))。

【００２６】こうして、接続ワイヤ１６を介して第１層
目のパッド１２ａ、１２ｂと第２層目のパッド１２ｃと
が電気的に接続された多層構成の電子部品実装用回路基
板が得られる。多層の電子部品実装用回路基板の場合に
は基材４０および基材４０ａを合わせて基板１０を構成
すると考えることにより、基板１０の両面に半導体素子
等の電子部品の接続端子と実装基板の電極の配置に合わ
せてパッド１２ｃ、１２ｂが設けられた電子部品実装用
回路基板として提供される。

【００２７】この多層に形成された電子部品実装用回路
基板も前述した電子部品実装用回路基板と同様に、基板
および接続ワイヤ１６等のパッド間を電気的に接続する
部位が十分な緩衝性を備えているから、半導体素子と実
装基板との中間に介在して、半導体素子の接続端子と実
装基板の電極とを電気的に接続する回路基板として用い
ることにより、半導体素子と実装基板との熱膨張係数が
相違することによって生じる熱応力を効果的に緩和する
ことができ、信頼性の高い実装構造を提供することが可
能になる。

【００２８】なお、本実施形態のように電子部品実装用
回路基板を多層に形成する場合は、層間に設けるパッド
１２ａは電気的接続のための配線パターンとして使用す
ることができる。すなわち、パッド１２ａは銅層等の導
体層をエッチングして形成するから、導体層をエッチン
グして任意のパターンで配線パターンを形成することが
でき、所要の配線パターンを形成して層間で電気的に接
続させることができる。半導体素子の接続端子がきわめ
て高密度に配置されていて実装基板の電極が半導体素子
の接続端子と同一の平面配置で配列できないような場合
に、電子部品実装用回路基板を多層に形成することによ
って電極の配置間隔を広げるといったことが可能にな
る。このような場合に電子部品実装用回路基板を多層に
形成することが有効である。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係る電子部品実装用回路基板に
よれば、上述したように、半導体素子等の電子部品を実
装基板に実装した際の熱応力を有効に緩和することがで
き、実装時の熱応力が電子部品に及ぼす悪影響や電子部
品と実装基板との接合部に及ぼす悪影響を解消すること
ができて、信頼性の高い電子部品の実装を可能にする。
また、本発明に係る電子部品実装用回路基板を用いれば
フリップチップタイプの半導体素子についても熱応力を
好適に緩和して実装することが可能になる。また、本発
明に係る半導体装置によれば、被実装品である電子部品
および実装基板との接合部に作用する実装時での熱応力
が電子部品実装用回路基板によって効果的に緩和され、
信頼性の高い半導体装置として提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子部品実装用回路基板の実施形態を示す断面
図である。

【図２】電子部品実装用回路基板を用いて実装基板に半
導体素子を搭載した状態を示す断面図である。

【図３】電子部品実装用回路基板の製造方法を示す説明
図である。

【図４】電子部品実装用回路基板の他の実施形態を示す
断面図である。

【図５】電子部品実装用回路基板のさらに他の実施形態
を示す断面図である。

【図６】多層に形成した電子部品実装用回路基板の製造
方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ パッド １４ 貫通孔 １６ 接続ワイヤ １８ 緩衝材 ２０ 半導体素子 ２２ 接続端子 ２４ はんだ ３０ 実装基板 ３２ 電極 ３４ はんだ ４０、４０ａ 基材 ４２ 銅箔 ５０ 導電体 ５２ 金属柱

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面実装型の電子部品の接続端子が形成さ
   れた面と実装基板の接続用の電極が形成された面との間
   に介在して、電子部品の接続端子と実装基板の電極とを
   電気的に接続する電子部品実装用回路基板において、 電気的絶縁性を有する基板の一方の面に前記接続端子の
   平面配列に対応して接続端子が接合されるパッドが設け
   られると共に、基板の他方の面に前記電極の平面配列に
   対応して電極が接合されるパッドが設けられ、 前記一方の面に設けられた各パッドと他方の面に設けら
   れた各パッドとの間に、基板の両面間を貫通する貫通孔
   が形成され、 該貫通孔内で基板の一方の面に設けられたパッドと他方
   の面に設けられたパッドとの間に接続ワイヤが接続され
   て基板の両面に設けられたパッドが電気的に接続されて
   いることを特徴とする電子部品実装用回路基板。
2. 【請求項２】 接続ワイヤが、Ｓ字形等の変形可能な形
   状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電
   子部品実装用回路基板。
3. 【請求項３】 前記貫通孔内に絶縁材料あるいは導電材
   料からなる緩衝材が充填されていることを特徴とする請
   求項１または２記載の電子部品実装用回路基板。
4. 【請求項４】 前記緩衝材が、ヤング率１０ＭＰａ〜１
   ０ＧＰａ、好ましくは１０ＭＰａ〜１ＧＰａの低弾性材
   料からなることを特徴とする請求項３記載の電子部品実
   装用回路基板。
5. 【請求項５】 面実装型の電子部品の接続端子が形成さ
   れた面と実装基板の接続用の電極が形成された面との間
   に介在して、電子部品の接続端子と実装基板の電極とを
   電気的に接続する電子部品実装用回路基板において、 電気的絶縁性を有する基板の一方の面に前記接続端子の
   平面配列に対応して接続端子が接合されるパッドが設け
   られると共に、基板の他方の面に前記電極の平面配列に
   対応して電極が接合されるパッドが設けられ、 前記一方の面に設けられた各パッドと他方の面に設けら
   れた各パッドとの間に、基板の両面間を貫通する貫通孔
   が形成され、 該貫通孔内に導電体が充填されて基板の両面に設けられ
   たパッドが電気的に接続されていることを特徴とする電
   子部品実装用回路基板。
6. 【請求項６】 前記導電体が、緩衝性を有する導電材料
   からなることを特徴とする請求項５記載の電子部品実装
   用回路基板。
7. 【請求項７】 前記基板が、ヤング率１０ＭＰａ〜１０
   ＧＰａ、好ましくは１０ＭＰａ〜１ＧＰａの低弾性材料
   からなることを特徴とする請求項１、２、３、４、５ま
   たは６記載の電子部品実装用回路基板。
8. 【請求項８】 請求項１、２、３、４、５、６または７
   記載の電子部品実装用回路基板が、被実装品である電子
   部品の接続端子が形成された面と実装基板の電極が形成
   された面との間に介在し、 前記接続端子が基板の一方の面に設けられたパッドと接
   合され、前記電極が基板の他方の面に設けられたパッド
   と接合されていることを特徴とする半導体装置。